半島全媒體記者 王麗平
腐植酸是國際公認的綠色高效土壤修復材料。如何利用農林廢棄物快速熱解制取腐植酸環境材料，變廢為寶，實現原子迴圈經濟，尚無先例，是我國乃至世界生物質產業極具挑戰性的全新課題。中國石油大學（華東）化學工程學院教授田原宇團隊歷時15年，終於解決了這一世界難題，原創性提出“快速熱解過程控氧控灰”思路，發明自混合下行床快速熱解成套技術，首次實現農林廢棄物製取高純高活性生物腐植酸的工業化。透過基礎研究、工藝和裝置以及產品的原始創新，建成世界最大規模的快速熱解裝置，引領生物質快速熱解技術的發展，並獲得2020年度國家技術發明二等獎。同時，該技術廣泛應用於農業還可以加快固碳，為我國實現“雙碳”目標貢獻更多力量。
最大化製取液體腐植酸
環境保護和可持續發展是當今世界的主題。我國農林廢棄物年產約13.5億噸，因缺乏大規模高值利用技術，導致露天焚燒造成嚴重的環境汙染和資源浪費；同時因重金屬汙染、鹽鹼化和沙化等造成的退化土壤已高達55億畝，嚴重威脅著食品安全和糧食安全。而腐植酸是國際公認的綠色高效土壤修復材料。
田原宇介紹，目前生物質快速熱解技術均以製取液體燃料為主，要求最大化脫氧以提高產品熱值，原子經濟性差，尚處研發與示範階段；但製取腐植酸的工藝則與之相反，它要求最大化保留氧以提高產品活性。自2006年開始，田原宇團隊就開始這一領域的難題攻關，歷經15年攻關，透過基礎研究、工藝和裝置以及產品的原始創新，目前，已經建成世界最大規模的快速熱解裝置，年處理農林廢棄物20萬噸級，生產生物腐植酸10萬噸，引領生物質快速熱解技術的發展，總體技術處於國際領先水平。
經過15年攻關，田原宇團隊原創性提出“快速熱解過程控氧控灰”思路，發明自混合下行床快速熱解成套技術，首次實現農林廢棄物製取高純高活性生物腐植酸的工業化。
田原宇正在給團隊成員講解裝置測試資料
“該發明破解了超短接觸反應-熱質傳遞-溫度-壓力多因素協同控氧的難題，首創農林廢棄物自混合下行床快速熱解制腐植酸新工藝，就是將農林秸稈的大分子透過快速加熱斷裂成不同的分子結構，具體形態有約10%的小分子氣體、約50%的中等分子的液體和約30%的大分子固體，其中液體為腐植酸，具有修復土壤的作用；氣體為燃氣，用作供熱或發電；固體用作改良土壤和生物菌肥的載體。”田原宇說，實現了最大化製取液體產品並保留其原有含氧官能團，獲取高活性生物腐植酸，將秸稈最大限度資源化利用，還稈于田。
田原宇介紹，與現有腐植酸產品相比，他們的產品純度≥96%，成本降低80%。同時，在國際上首次實現固體有機物快速熱解的液體含灰≤0.1%；此外，原創發明自混合下行床快速熱解裝備及系列配套專有裝置，滿足了快速熱解制腐植酸工藝的超短接觸反應和分離的需求，率先突破了工藝裝置匹配性差、液體控灰難、裝備大型化和穩定執行困難的四大瓶頸，建成世界單套規模最大的20萬噸/年工業化裝置並實現長週期穩定經濟執行。與國際先進水平相比，液體收率提高15%以上，含灰由≥10%降至≤0.1%。
實現不同汙染退化土壤定製不同靶向腐植酸環境材料
田原宇團隊除首次實現農林廢棄物製取高純高活性生物腐植酸的工業化，同時，還創制系列高值靶向腐植酸環境材料，首次實現汙染退化土壤高效經濟快速的綠色可持續修復。
田原宇介紹，該研究針對不同型別汙染退化土壤複雜體系的修復需求，採用分子設計理論，創制了系列高值靶向腐植酸環境材料，根據不同土壤情況定製靶向環境材料，消除了現有腐植酸在土壤修復中針對性和穩定性差的缺陷，率先攻克了汙染退化土壤可持續修復的世界性難題。
“我們還發明瞭系列生物腐植酸可控化交聯聚合反應工藝和裝備，實現了靶向腐植酸環境材料的工業化生產。”田原宇說首次實現鉻汙染土壤可持續修復的工業化，經SGS(國際通標公司)檢測，脫毒≥99.92%，汙染不反彈，修復後即可種植；首次提出鹽鹼地腐植酸團粒化造粒、生態可持續改良新方法，從源頭解決了土壤鹽鹼化難題，土壤團粒量提高≥130%、生物活性提高≥30%，實現當年改當年種當年收益，成本不到現有技術的30%。
據瞭解，該專案授權發明專利38件，其中美國專利7件；發表論文47篇、出版專著1本，起草行業/團體標準（意見徵求稿）5項。系列產品已在山東、吉林和甘肅等20多個省市示範和推廣應用。社會和環境效益顯著。
此外，由於系列靶向腐植酸環境材料的顯著成效，2019年中國石油大學(華東)成為與農業農村部耕地保護中心“全國淨土行動”簽訂戰略合作協議的首家高校。
目前，系列高值靶向腐植酸環境材料產品正在東北三省等地推廣，用以改良黑土地。未來，他希望更多土地能夠用上腐植酸系列產品，促進農業增產增收，更好助力國家“雙碳”目標實現。
